复合式油烟净化器除油烟、除味实验

米俊锋，裴登明，杜胜男，董美，潘一，李小玲

（1辽宁石油化工大学石油天然气工程学院，辽宁 抚顺 113001；2南京科创环境工程发展有限公司，江苏 南京 211000）

复合式油烟净化器除油烟、除味实验

米俊锋1，裴登明2，杜胜男1，董美1，潘一1，李小玲1

（1辽宁石油化工大学石油天然气工程学院，辽宁 抚顺 113001；2南京科创环境工程发展有限公司，江苏 南京 211000）

随着我国餐饮业的迅速发展，大量含有有害气体和致癌物质的烹调油烟直接排放到空中，亟需治理，而传统方法净化效率不高，无法满足排放标准。为了解决这一问题，本文利用离心技术、过滤技术、电晕放电技术和光解技术组合成复合式油烟净化器，并对其净化效率、放电电流和臭氧浓度进行了相关研究。研究结果表明，随着工作时间的增加，离心技术、过滤技术和电晕放电技术组合的净化效率最为平稳，保持在 95%左右；有过滤层时，静电段放电电流随工作时间的增加衰减的较慢，且相同电压下，负电晕放电时放电电流随工作时间衰减的更慢；有静电段时，油烟净化器的臭氧浓度最高，且添加过滤层技术后臭氧量减少趋势最慢。总体而言，过滤技术有效地提高了净化效率，减小了放电电流和臭氧浓度的衰减。

复合式油烟净化器；净化效率；放电电流；臭氧浓度

近年来，随着我国经济的发展和人民生活水平的提升，餐饮业迅速发展，导致大量烹调油烟排放。油烟中不但含有SO2、NOx等有害气体和悬浮性颗粒物，更由于高温燃烧产生了大量多环芳烃等致癌物质，严重地危害到了居住环境和人体健康[1-3]。我国于 2001年发布了《饮食业油烟排放标准》（GB 18483—2001）对其排放进行了严格地限制[4]。因此，如何高效地净化油烟成为目前的研究热点。

油烟的净化技术主要分为物理方法和化学方法两类。物理法包括机械分离法、过滤法、吸附法、洗涤法和静电法，化学法包括热氧化法与催化燃烧法，目前我国以物理方法为主，可能存在净化效率不高和应用场合受限的问题。而复合式油烟净化器采用全新的物理与化学相结合的方法，很大程度上提高了净化效率，具有广阔的发展前景[5-11]。

南京科创环境工程发展有限公司开发了一种复合式油烟净化器，将离心技术、过滤技术、静电技术、光解技术等很好地组合在一起，既提高了油烟的净化效率，还有效地将油烟中的味道除掉，已经在辽宁某公司食堂得到了成功应用。本文对几种技术组合情况下的净化效率、放电电流和臭氧浓度进行了实验研究，对其相关理论进行了探索。

1 实验装置和方法

1.1 实验装置

图1为复合式油烟净化器示意图，首先油烟在离心风机的带动下进入装置，并对大颗粒的油烟进行一定的分离，之后进入开孔棉过滤层，可以有效地将一部分油烟颗粒去除。接下来进入到静电段进一步的去除，净化后的油烟进入到光解区，未被去除的气态污染物与光解管产生O3进行反应，进而将油烟中异味去除，净化后的干净空气通过一个消音器和活性炭网排出设备。

图1 复合式油烟净化器示意图

实验中所用的复合式油烟净化器外形尺寸为2080mm×1105mm×860mm，离心风机功率为4.0kW，利用变频器调节图1中风机的风量，使风量在0～8000m3/h之间变化，开孔棉厚度为50mm。静电段由如图2所示的4个模块拼合而成，模块为两段式，分别为荷电段和集尘段，模块尺寸为520mm×380mm×475mm，放电形式为锯齿-板式，锯齿和板间距为25mm，收尘集间距为10mm，材质为不绣钢，两级之间用瓷片绝缘，光解段由6根德国进口光解管组成，每根功率为290W。

图2 静电段模块

1.2 实验方法

将图1中的设备安装到某职工食堂，分别测量不同技术组合条件下该装置的净化效率、放电电流、臭氧浓度等参数。为了方便对比，选取以下组合：①离心技术和过滤技术组合；②离心技术和电晕放电技术组合；③离心技术、过滤技术和电晕放电技术三者结合。

实验过程中的进出口油烟浓度利用油烟检测仪器来检测，进而得到净化效率。风量大小通过变频器控制：首先利用风速仪测量风速，然后通过式（1）计算风量，确保各种技术组合的情况下，风量前后不变；实验结束后，将静电段模块拿回实验室，通过电压表和电流表测量电压和电流。

式中，Q为风量，m3/h；Qv为风速，m/s；S为设备横截面积，m2。

光解管可以产生臭氧，臭氧的浓度直接影响着复合式油烟净化器对味道的去除效果，为此，测量了以上3种组合与光解技术结合的复合油烟净化器产生臭氧浓度随时间变化的曲线，其中，臭氧的体积浓度利用臭氧分析仪来检测，质量浓度根据式（2）进行计算。

式中，X为臭氧的质量浓度，mg/m3；C为臭氧的体积分数，cm3/m3；M为臭氧的相对分子质量。

2 实验结果与讨论

2.1 不同油烟净化技术组合情况下的净化效率

固定实验的风量为 8000m3/h，工作电压为12kV，分别测量3种技术组合情况下净化效率随时间的变化，如图3所示。从图3中可以看出，离心技术和电晕放电技术组合的最初油烟净化效率可以达到90%，高于离心技术和过滤技术的组合。但是在应用的过程中净化效率逐渐下降，4个月后净化效率只有31%左右，分析原因主要是电晕放电技术在处理油烟的过程中容易使放电极和集尘极表面黏附一层油烟，随着外层黏附油烟厚度的增加，使其放电电流变小，影响了烟气中油烟的荷电。而后者随着工作时间的增加，使过滤层的微孔逐渐缩小，所以对油烟的过滤效果就更好了，净化效率随时间的变化有所提高。离心技术、过滤技术和静电技术相结合的油烟净化器由于具有上述两种油烟净化器的优点，所以净化效率随着工作时间的增加变化不大，保持在95%左右。

图3 3种组合油烟净化器的净化效率随时间的变化曲线

2.2 电晕放电电流随工作时间的变化

为了研究过滤层对静电段的保护程度，不定期地将离心技术和静电技术组成的油烟净化器中的静电段取出，同时将离心技术、过滤技术和静电技术组成的静电段取出，将这两种情况下静电段拿到实验室中，利用图4中的电路对这两种情况下的静电段进行测量，图中虚框内整体代表图2中的静电段，利用高压电压表测量锯齿电极和板电极之间的电压，利用电流表测量电晕放电电流。

图4 静电段放电电流测量的示意图

当电压分别为12kV和15kV的时候，得到了放电电流随使用时间的变化规律，如图5所示。根据图 5，有过滤层的时候，静电段放电电流随工作时间的增加衰减的较慢，过滤层对静电段电流衰减起到了一定的减缓作用，保持了静电段的有效工作。图3和图5说明了离心技术和电晕放电技术组成的油烟净化器不能保持长期高效的原因，主要是因为油烟对静电段电极的黏附使电晕放电电流减弱，进而降低了静电段的净化效率。

用正高压电源代替图4中的负高压电源，得到了正电晕放电时放电电流随工作时间的变化曲线，如图6所示。根据图5和图6，可以看出无论正电晕放电还是负电晕放电，过滤层都对静电段起到了保护作用，使其能够更长时间地正常放电。

图5 负电晕放电时放电电流随工作时间的变化

图6 正电晕放电时放电电流随工作时间的变化

2.3 正负电晕放电电流对比

为了研究过滤层对正负电晕放电的保护效果，将图 5和图 6中的部分数据进行了整理，得到了12kV时离心技术、过滤技术和静电技术组合的油烟净化器静电段放电电流衰减百分比随时间变化的曲线，如图7所示。

图7 有过滤层时放电电流衰减百分比随工作时间的变化曲线

根据图 7，离心技术、过滤技术和电晕放电技术组成的油烟净化器在现场工作一段时间后（现场采用的是负电晕放电的形式），将静电段定期取出，当电压为12kV的时候，在实验室中测量正负电晕放电的电流，整理出放电电流随使用时间的衰减规律，表明负电晕放电放电电流随工作时间衰减的更慢，分析原因可能是负电晕放电产生的空间电荷对放电极附近的电场有加强作用[12]，因此，一定程度上弥补了油烟对电极表面覆盖引起的电场减弱情况。

2.4 臭氧浓度随工作时间的变化情况

当风量为8000m3/h时，测量了以下3种复合油烟净化器产生臭氧浓度随时间变化的曲线，实验结果如图8所示。

图8 几种复合式油烟净化器工作时臭氧浓度随时间变化的曲线

在复合式油烟净化器使用初期，有静电段的油烟净化器产生的臭氧浓度更高，原因是静电段的电晕放电产生了低温等离子体，电离空气中的氧气生成臭氧。另外，随着使用时间的增加，不含过滤技术的油烟净化器净化效率明显下降，未被捕集的油烟颗粒黏附到了光解管上，影响了光解管对空气的电离，所以产生的臭氧量明显下降。与离心技术、电晕放电技术和光解技术组成的油烟净化器相比，离心技术、过滤技术和光解技术组成的油烟净化器产生臭氧量随使用时间衰减较慢，主要原因是其对油烟颗粒物的净化效率更高，导致油烟对后面光解管的粘附程度减小，所以臭氧浓度衰减速度较慢；同理，离心技术、过滤技术、电晕放电技术和光解技术组成的油烟净化器的臭氧浓度下降最为缓慢。

2.5 对比分析

通过以上实验，可以发现，过滤层有效地提高了静电段和光解段前的净化效率，保证收尘电极和光解管不轻易被油烟黏附，减小了放电电流和臭氧浓度的衰减，使复合式油烟净化器的净化效率稳定在95%左右，免于频繁地清洗和保养。

本设备与常用的油烟净化设备对比见表 1[7]。从表1中可以看出，本设备具有净化效率高、易于保养的优点，应用前景广阔。

表1 实验设备与常用油烟净化设备性能对比

3 结 论

（1）离心技术和电晕放电技术组合的油烟净化器在应用的过程中净化效率逐渐下降，离心技术和过滤技术组合的油烟净化器则随着使用时间有所提高，而离心技术、过滤技术和静电技术相结合的油烟净化器由于具有上述两种油烟净化器的优点，净化效率随着工作时间的增加变化不大，保持在95%左右。

（2）有过滤层的时候，静电段放电电流随工作时间的增加衰减得较慢，过滤层对静电段电流衰减起到了一定的减缓作用，保持了静电段的有效工作。相同电压下，负电晕放电时放电电流随工作时间衰减得更慢。

（3）复合式油烟净化器使用初期，有静电段的油烟净化器产生的臭氧浓度更高。随着使用时间的增加，离心技术、电晕放电技术和光解技术组成的油烟净化器产生的臭氧量减少最快，而添加了过滤技术后，产生臭氧量随使用时间衰减最慢。

[1] 许全瑞，沈美庆，王军. 油烟污染及其排放控制技术[J]. 中国稀土学报，2003，21：22-25.

[2] 李俊华. 超重力技术净化油烟实验研究[D]. 太原：中北大学，2007.

[3] 黄小琴. 餐饮业油烟污染及其控制方法[J]. 化学工程与装备，2009（5）：199-201.

[4] 国家环保总局. GB 18483—2001. 饮食业油烟排放标准[S]. 2001.

[5] 赵建伟，许德玄，李晓军. 饮食业油烟污染与治理技术现状[J]. 长春工业大学学报：自然科学版，2007，28：63-65.

[6] 王建陇. 静电式油烟净化器技术探究[J]. 中国环保产业，2004（4）：30-32.

[7] 刘章现，肖晓存，杜玲枝，等. 饮食业油烟净化技术与应用[J]. 环境污染治理技术与设备，2006，7（9）：103-106.

[8] 段玉环，谢超颖，方恒. 餐饮业油烟污染及治理技术浅议[J]. 环境污染治理技术与设备，2002，3（11）：67-69.

[9] 孙曦，赵传海，程小榕. 新型饮食业高效复合式油烟净化器[J]. 中国环保产业，2004（6）：32-33.

[10] 张楠，李贺青. 高压静电应用在饮食业油烟净化上的设计[J]. 环境保护科学，2004，30（3）：7-8.

[11] 邓九兰，韩国君，张文俊. 复合式油烟及有害气体净化设备的研制[J]. 环境保护科学，1999（3）：6-8.

[12] 米俊锋，詹小平，杜胜男，等. 磁场对电晕放电极间区域的影响[J].辽宁石油化工大学学报，2013，33（3）：88-91.

·征订启事·

Experiments on removing fume and smell of cooking fume composite purifier

MI Junfeng1，PEI Dengming2，DU Shengnan1，DONG Mei1，PAN Yi1，LI Xiaoling1
（1College of Petroleum Engineering，Liaoning Shihua University，Fushun 113001，Liaoning，China；2Nanjing Kechuang Environment Engineering Develop Co.，Ltd.，Nanjing 211000，Jiangsu，China）

With the rapid development of catering industry in China，a large number of cooking fumes containing harmful gases and carcinogens have been emitted directly into the air，which need to be treated urgently. However，the purification efficiency of traditional methods is low and cannot meet the emission standard. To solve this problem，a composite cooking fume purifier was developed using technologies of centrifuge，filtration，corona discharge and photolysis. The purification efficiency，discharge current，and ozone concentration were studied. The results showed that when using the technologies of centrifuge，filtration and corona discharge，the purification efficiency was the most stable and kept about 95% with the increase of working hours. When there were filter layers，the discharge current in the electrostatic section decreased slowly over time，and it was more slowly at the negative corona discharge at the same voltage. When there was electrostatic section，the ozone concentration of cooking fume purifier was the highest，and it decreased most slowly after adding filter layers. Overall，the filtration technology could effectively improve the purification efficiency，slow down the decline of discharge current and ozone concentration.

cooking fume composite purifier；purification efficiency；discharge current；ozone concentration

X 511

A

1000-6613（2015）12-4403-05

10.16085/j.issn.1000-6613.2015.12.045

2015-07-03；修改稿日期：2015-08-14。

及联系人：米俊锋（1980—），男，讲师，硕士生导师，研究方向为低温等离子体应用研究。E-mail bsmi2007@sina.com。